CN112444248B - 一种航线生成方法、装置、设备和存储介质 - Google Patents

一种航线生成方法、装置、设备和存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种航线生成方法、装置、设备和存储介质，所述航线生成方法包括：获取用户设定的航点和无人机的飞行参数，采用直线依次连接航点得到初始航线；以预设速度约束曲线、所述飞行参数中的目标速度以及最大加速度为约束，确定所述初始航线中的航点的飞行速度；以所述目标速度、所述最大加速度以及预设航线偏离值为约束，采用预设平滑策略对确定飞行速度后的初始航线进行非线性优化得到目标航线。本发明实施例将分配航点飞行速度后的初始航线作为非线性优化的初始值，降低了优化难度，避免了优化结果落入局部最优，能够取得光滑性和拟合程度良好的目标航线，保证了按照目标航线执行植保作业的效率和效果。

Description

一种航线生成方法、装置、设备和存储介质
技术领域
本发明实施例涉及无人机航线规划技术领域，尤其涉及一种航线生成方法、航线生成装置、设备和存储介质。
背景技术
随着无人机技术逐渐成熟，无人机在多个领域得到了广泛应用，例如，无人机可根据预先规划好的航线在植保区域执行植保作业。
目前，针对果树和茶园等种植方式比较特殊的植保区域进行航线规划时，通常使用以下方式，一是采用直线依次连接所有航点生成航线，二是采用多项式曲线拟合所有航点的连线生成航线。
采用第一种方式，航线由多段直线连接而成，存在较多的转向点，无人机需要减速后转向再加速，降低了植保作业的效率，同时也对无人机造成一定的损伤，而采用第二种方式，生成航线时拟合困难，容易落入局部最小值，造成拟合后的航线对航点的拟合程度差，航线与预期的航线偏离值大，无法达到理想的作业效果。
综上，现有技术生成的航线存在航线拟合困难、拟合程度和光滑性不足，造成植保作业效率低和植保效果不理想的问题。
发明内容
本发明提供了一种航线生成方法、航线生成装置、设备和存储介质，以解决现有技术生成的航线存在航线拟合困难、拟合程度和光滑性不足，造成植保作业效率低和植保效果不理想的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种航线生成方法，包括：
获取用户设定的航点和无人机的飞行参数，所述飞行参数包括所述无人机的目标速度和最大加速度；
采用直线依次连接航点得到初始航线；
以预设速度约束曲线、所述目标速度以及所述最大加速度为约束，确定所述初始航线中的航点的飞行速度；
以所述目标速度、所述最大加速度以及预设航线偏离值为约束，采用预设平滑策略对确定飞行速度后的初始航线进行非线性优化得到目标航线。
可选地，所述以预设速度约束曲线、所述目标速度以及所述最大加速度为约束，确定所述初始航线中的航点的飞行速度，包括：
设置第一个航点和最后一个航点的飞行速度为0；
从所述第一个航点开始，以梯形速度约束曲线、所述目标飞行速度以及所述最大加速度为约束进行前向迭代，依次确定所述第一个航点后各个航点前向迭代后的初始飞行速度；
从所述最后一个航点开始，以梯形速度约束曲线、所述目标飞行速度以及所述最大加速度为约束进行后向迭代，依次对所述最后一个航点之前的各个航点前向迭代后的初始飞行速度进行调整，得到航点的最终飞行速度。
可选地，所述从所述第一个航点开始，以梯形速度约束曲线、所述目标飞行速度以及所述最大加速度为约束进行前向迭代，依次确定所述第一个航点后各个航点的初始飞行速度，包括：
按照所述第一个航点到所述最后一个航点的顺序，确定目标航点，所述目标航点具有初始速度；
采用预设速度增量对所述目标航点的初始飞行速度进行迭代；
每次迭代后，基于所述目标飞行速度、所述最大加速度以及所述目标航点迭代后的初始飞行速度建立第一约束条件和第二约束条件；
在所述第一约束条件和所述第二约束条件中的一个不成立时，停止对所述目标航点的初始飞行速度进行迭代，得到所述目标航点前向迭代后的初始飞行速度，并返回按照所述第一个航点到所述最后一个航点的顺序，确定目标航点的步骤。
可选地，所述每次迭代后，基于所述目标飞行速度、所述最大加速度以及所述目标航点迭代后的初始飞行速度建立第一约束条件和第二约束条件，包括：
确定所述目标航点的前一航点，所述前一航点具有初始飞行速度；
计算所述目标航点和所述前一航点的第一距离；
采用所述目标飞行速度、所述最大加速度、所述前一航点的初始飞行速度、所述第一距离以及所述目标航点迭代后的初始速度建立第一约束条件和第二约束条件。
可选地，所述采用所述目标飞行速度、所述最大加速度、所述前一航点的初始飞行速度、所述第一距离以及所述目标航点迭代后的初始速度建立第一约束条件和第二约束条件，包括：
采用所述目标飞行速度、所述最大加速度、所述前一航点的初始飞行速度、所述第一距离以及所述目标航点迭代后的初始速度计算所述梯形速度约束曲线中的加速阶段时间、总时间以及减速阶段时间；
将所述加速阶段时间、所述总时间以及所述减速阶段时间均大于0设置为第一约束条件；
采用所述目标航点迭代后的初始速度确定当前航线段的终点飞行速度向量以及确定当前航线段的下一航线段的起点飞行速度向量，其中，当前航线段为所述目标航点和所述前一航点之间的航线段，下一航线段为所述目标航点与所述目标航点的下一航点之间的航线段；
将所述下一航线段的起点飞行速度向量和所述当前航线段的终点飞行速度向量的差值小于预设值确定为第二约束条件。
可选地，所述从所述最后一个航点开始，以梯形速度约束曲线、所述目标飞行速度以及所述最大加速度为约束进行后向迭代，依次对所述最后一个航点之前的各个航点前向迭代后的初始飞行速度进行调整，得到航点的最终飞行速度，包括：
按照所述最后一个航点到所述第一个航点的顺序，确定目标航点；
确定后向迭代条件；
在所述后向迭代条件成立时，采用预设速度增量对所述目标航点的初始飞行速度进行迭代；
在迭代后的初始飞行速度大于0时，采用迭代后的初始飞行速度更新所述目标航点的初始飞行速度，返回确定后向迭代条件的步骤；
在迭代后的初始飞行速度小于0时，则将所述目标航点的初始飞行速度调整为0以作为所述目标航点的最终飞行速度，并返回按照所述最后一个航点到所述第一个航点的顺序，确定目标航点的步骤。
可选地，若所述后向迭代条件不成立，则确定所述目标航点的初始飞行速度为最终飞行速度，并返回按照所述最后一个航点到所述第一个航点的顺序，确定目标航点的步骤。
可选地，所述确定后向迭代条件，包括：
获取所述目标航点和所述后一航点的第二距离；
采用所述目标飞行速度、所述最大加速度、所述后一航点的初始飞行速度、所述第二距离以及所述目标航点的初始飞行速度计算所述梯形速度约束曲线中的加速阶段时间、总时间以及减速阶段时间；
将所述加速阶段时间、所述总时间以及所述减速阶段时间中的至少一个小于0作为后向迭代条件。
可选地，所述以所述目标速度、所述最大加速度以及预设航线偏离值为约束，采用预设平滑策略对确定飞行速度后的初始航线进行非线性优化得到目标航线，包括：
对所述初始航线进行平滑处理得到平滑后的航线；
计算所述平滑后的航线的评估参数；
确定第三约束条件；
判断所述评估参数是否满足所述第三约束条件；
若是，则确定所述平滑后的航线为目标航线；
若否，则确定所述平滑后的航线不是目标航线，返回对所述初始航线进行平滑处理，得到平滑后的航线的步骤。
可选地，所述计算所述平滑后的航线的评估参数，包括：
计算平滑后的航线的平滑指标；
计算所述平滑后的航线与所述初始航线的偏离值；
计算所述平滑后的航线中航点的飞行速度和加速度；
将所述平滑指标、所述偏离值、所述飞行速度和所述加速度确定为评估参数。
可选地，所述确定第三约束条件，包括
以所述平滑指标为最小值、所述偏离值小于预设偏离值、所述飞行速度小于所述目标飞行速度、所述加速度小于最大加速度为第三约束条件。
可选地，所述对所述初始航线进行平滑处理得到平滑后的航线，包括：
从所述初始航线中采样获得航线控制点；
通过所述航线控制点对所述初始航线进行平滑处理得到平滑后的航线。
可选地，所述计算平滑后的航线的平滑指标，包括：
确定所述平滑后的航线的目标航线函数，所述目标航线函数表达了平滑后的航线上的点的位置、速度和加速度分别与时间的关系；
计算所述目标航线函数的N阶导数，得到各阶导数的导数值；
将各阶导数的导数值的和值的最小值作为平滑指标。
第二方面，本发明实施例提供了一种航线生成装置，包括：
航点和飞行参数获取模块，用于获取用户设定的航点和无人机的飞行参数，所述飞行参数包括所述无人机的目标速度和最大加速度；
初始航线生成模块，用于采用直线依次连接航点得到初始航线；
航点飞行速度确定模块，用于以预设速度约束曲线、所述目标速度以及所述最大加速度为约束，确定所述初始航线中的航点的飞行速度；
初始航线优化模块，用于以所述目标速度、所述最大加速度以及预设航线偏离值为约束，采用预设平滑策略对确定飞行速度后的初始航线进行非线性优化得到目标航线。
可选地，所述航点飞行速度确定模块包括：
起点和终点飞行速度设置子模块，用于设置第一个航点和最后一个航点的飞行速度为0；
前向迭代子模块，用于从所述第一个航点开始，以梯形速度约束曲线、所述目标飞行速度以及所述最大加速度为约束进行前向迭代，依次确定所述第一个航点后各个航点前向迭代后的初始飞行速度；
后向迭代子模块，用于从所述最后一个航点开始，以梯形速度约束曲线、所述目标飞行速度以及所述最大加速度为约束进行后向迭代，依次对所述最后一个航点之前的各个航点前向迭代后的初始飞行速度进行调整，得到航点的最终飞行速度。
可选地，所述前向迭代子模块包括：
第一目标航点确定单元，用于按照所述第一个航点到所述最后一个航点的顺序，确定目标航点，所述目标航点具有初始速度；
前向迭代单元，用于采用预设速度增量对所述目标航点的初始飞行速度进行迭代；
前向迭代约束条件建立单元，用于每次迭代后，基于所述目标飞行速度、所述最大加速度以及所述目标航点迭代后的初始飞行速度建立第一约束条件和第二约束条件；
停止前向迭代单元，用于在所述第一约束条件和所述第二约束条件中的一个不成立时，停止对所述目标航点的初始飞行速度进行迭代，得到所述目标航点前向迭代后的初始飞行速度，并返回第一目标航点确定单元。
可选地，所述前向迭代约束条件建立单元包括：
第一航点确定子单元，用于确定所述目标航点的前一航点，所述前一航点具有初始飞行速度；
第一距离计算子单元，用于计算所述目标航点和所述前一航点的第一距离；
前向迭代约束条件建立子单元，用于采用所述目标飞行速度、所述最大加速度、所述前一航点的初始飞行速度、所述第一距离以及所述目标航点迭代后的初始速度建立第一约束条件和第二约束条件。
可选地，所述前向迭代约束条件建立子单元包括：
时间计算组件，用于采用所述目标飞行速度、所述最大加速度、所述前一航点的初始飞行速度、所述第一距离以及所述目标航点迭代后的初始速度计算所述梯形速度约束曲线中的加速阶段时间、总时间以及减速阶段时间；
第一约束条件设置组件，用于将所述加速阶段时间、所述总时间以及所述减速阶段时间均大于0设置为第一约束条件；
速度向量确定组件，用于采用所述目标航点迭代后的初始速度确定当前航线段的终点飞行速度向量以及确定当前航线段的下一航线段的起点飞行速度向量，其中，当前航线段为所述目标航点和所述前一航点之间的航线段，下一航线段为所述目标航点与所述目标航点的下一航点之间的航线段；
第二约束条件设置组件，用于将所述下一航线段的起点飞行速度向量和所述当前航线段的终点飞行速度向量的差值小于预设值确定为第二约束条件。
可选地，所述后向迭代子模块包括：
第二目标航点确定单元，用于按照所述最后一个航点到所述第一个航点的顺序，确定目标航点；
后向迭代条件确定单元，用于确定后向迭代条件；
后向迭代单元，用于在所述后向迭代条件成立时，采用预设速度增量对所述目标航点的初始飞行速度进行迭代；
初始飞行速度更新单元，用于在迭代后的初始飞行速度大于0时，采用迭代后的初始飞行速度更新所述目标航点的初始飞行速度，返回后向迭代条件确定单元；
停止后向迭代单元，用于在迭代后的初始飞行速度小于0时，则将所述目标航点的初始飞行速度调整为0以作为所述目标航点的最终飞行速度，并返回按照所述最后一个航点到所述第一个航点的顺序，确定目标航点的步骤。
可选地，所述后向迭代子模块还包括：
最终飞行速度确定单元，用于若所述后向迭代条件不成立，则确定所述目标航点的初始飞行速度为最终飞行速度，并返回第二目标航点确定单元。
可选地，所述后向迭代条件确定单元包括：
第二距离获取子单元，用于获取所述目标航点和所述后一航点的第二距离；
第二时间计算子单元，用于采用所述目标飞行速度、所述最大加速度、所述后一航点的初始飞行速度、所述第二距离以及所述目标航点的初始飞行速度计算所述梯形速度约束曲线中的加速阶段时间、总时间以及减速阶段时间；
后向迭代条件确定子单元，用于将所述加速阶段时间、所述总时间以及所述减速阶段时间中的至少一个小于0作为后向迭代条件。
可选地，所述初始航线优化模块包括：
平滑处理子模块，用于对所述初始航线进行平滑处理得到平滑后的航线；
评估参数计算子模块，用于计算所述平滑后的航线的评估参数；
约束条件确定子模块，用于确定第三约束条件；
条件判断子模块，用于判断所述评估参数是否满足所述第三约束条件；
第一确定子模块，用于确定所述平滑后的航线为目标航线；
第二确定子模块，用于确定所述平滑后的航线不是目标航线，返回平滑处理子模块。
可选地，所述评估参数计算子模块包括：
平滑指标计算单元，用于计算平滑后的航线的平滑指标；
偏离值计算单元，用于计算所述平滑后的航线与所述初始航线的偏离值；
速度和加速度计算单元，用于计算所述平滑后的航线中航点的飞行速度和加速度；
评估参数确定单元，用于将所述平滑指标、所述偏离值、所述飞行速度和所述加速度确定为评估参数。
可选地，所述约束条件确定子模块包括
约束条件确定单元，用于以所述平滑指标为最小值、所述偏离值小于预设偏离值、所述飞行速度小于所述目标飞行速度、所述加速度小于最大加速度为第三约束条件。
可选地，所述平滑处理子模块包括：
控制点采样单元，用于从所述初始航线中采样获得航线控制点；
平滑处理单元，用于通过所述航线控制点对所述初始航线进行平滑处理得到平滑后的航线。
可选地，所述平滑指标计算单元包括：
目标航线函数确定子单元，用于确定所述平滑后的航线的目标航线函数，所述目标航线函数表达了平滑后的航线上的点的位置、速度和加速度分别与时间的关系；
求导子单元，用于计算所述目标航线函数的N阶导数，得到各阶导数的导数值；
平滑指标确定子单元，用于将各阶导数的导数值的和值的最小值作为平滑指标。
第三方面，本发明实施例提供了一种设备，所述设备包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现本发明任一实施例中所述的航线生成方法。
第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本发明任一实施例中所述的航线生成方法。
本发明实施例提供的航线生成方法，在获取用户设定的航点和无人机的飞行参数后，采用直线依次连接航点得到初始航线，并以预设速度约束曲线、飞行参数中的目标速度以及最大加速度为约束，确定初始航线中的航点的飞行速度，最后以目标速度、最大加速度以及预设航线偏离值为约束，采用预设平滑策略对确定飞行速度后的初始航线进行优化得到目标航线。本发明实施例将分配航点飞行速度后的初始航线作为非线性优化的初始值，降低了优化难度，避免了优化结果落入局部最优，能够取得光滑性和拟合程度良好的目标航线，保证了按照目标航线执行植保作业的效率和效果。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种航线生成方法的步骤流程图；
图2A是本发明实施例二提供的一种航线生成方法的步骤流程图；
图2B为本发明实施例中目标航点和前一航点的示意图；
图3是本发明实施例三提供的一种航线生成装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的一种航线生成方法的步骤流程图，本发明实施例可适用于生成飞行航线的情况，该方法可以由本发明实施例中的航线生成装置来执行，该装置可采用软件和/或硬件的方式实现，并集成于电子设备中，如图1所示，该方法具体包括如下步骤：
S101，获取用户设定的航点和无人机的飞行参数，所述飞行参数包括所述无人机的目标速度和最大加速度。
其中，航点可以是植保区域中无人机需要经过的点，航点可以是用户根据植保作物的分布情况而设定，也可以是对植保区域的影像数据或者地理数据进行分析后自动识别出植保作物的分布情况自动标示出航点。
无人机的飞行参数可以是用户设定无人机植保时的飞行速度，即目标速度，飞行参数还可以包括无人机的最大加速度，无人机的最大加速度是定值，与无人机机体的本身物理特性相关。
S102，采用直线依次连接航点得到初始航线。
具体地，航点可以为多个，每个航点标识有序号，可以根据航点的序号的顺序依次采用直线连接各个航点得到初始航线。
S103，以预设速度约束曲线、所述目标速度以及所述最大加速度为约束，确定所述初始航线中的航点的飞行速度。
在本发明实施例中，预设速度约束曲线为梯形速度约束曲线，对于初始航线中相邻两个航点的连续组成的航线段，无人机在该航线段植保时，飞行速度符合梯形速度约束曲线的速度变化，即在航线段的起点，无人机先以正向加速度加速至目标速度，然后以目标速度匀速飞行一定时间，最后以反向加速度减速飞行至航线段的起点。则可以在梯形速度约束曲线的约束下，结合无人机的目标速度和最大加速度限制，从第一个航点开始，依次为第一个航点之后的各个航点分配飞行速度，可选地，可以按照初始航线上航点的顺序先从前往后迭代为各个航点分配初始飞行速度，然后从后往前迭代对各个航点分配的初始飞行速度进行调整以得到航点的最终飞行速度，通过前向迭代和后向迭代使得各个航点的最终飞行速度更为合理。
S104，以所述目标速度、所述最大加速度以及预设航线偏离值为约束，采用预设平滑策略对确定飞行速度后的初始航线进行优化得到目标航线。
具体地，可以在初始航线上进行采样，获得航线控制点，通过航线控制点对初始航线进行平滑处理得到平滑后的航线，并且约束平滑后的航线与初始航线的偏离值小于预设航线偏离值、平滑后的航线上的点的速度小于目标速度、平滑后的航线上的点的加速度小于最大加速度，并且平滑后的航线的平滑指标为最小值。
本发明实施例在获取用户设定的航点和飞行参数后，先将航点连线生成初始航线，然后以飞行参数中的目标速度、最大加速度以及预设速度约束曲线为初始航线上的航点分配速度以作为航线非线性优化的初始值，然后以目标速度、最大加速度和预设航线偏离值为约束进行非线性优化，将分配航点飞行速度后的初始航线作为非线性优化的初始值，降低了优化难度，避免了优化结果落入局部最优，能够取得光滑性和拟合程度良好的目标航线，保证了按照目标航线执行植保作业的效率和效果。
实施例二
图2A为本发明实施例二提供的一种航线生成方法的步骤流程图，本发明实施例以前述实施例一为基础进行优化，提供了确定航点的飞行速度和对初始航线进行非线性优化的示例性实施方法，具体地，如图2A所示，本发明实施例的方法可以包括如下步骤：
S201、获取用户设定的航点和无人机的飞行参数，所述飞行参数包括所述无人机的目标速度和最大加速度。
S202、采用直线依次连接航点得到初始航线。
S203、设置第一个航点和最后一个航点的飞行速度为0。
在实际应用中，在航线的起点，无人机起飞开始飞行，在航线的终点，无人机停止飞行降落，因此确定第一个航点和最后一个航点的飞行速度为0。
S204、从所述第一个航点开始，以梯形速度约束曲线、所述目标飞行速度以及所述最大加速度为约束进行前向迭代，依次确定所述第一个航点后各个航点前向迭代后的初始飞行速度。
在本发明实施例中，步骤S204可以包括如下子步骤：
S2041、按照所述第一个航点到所述最后一个航点的顺序，确定目标航点，所述目标航点具有初始速度。
具体地，每个航点可以设置有序号，初始航线由各个航点按照航点的序号的顺序连接而生成，则前向迭代可以是指按照初始航线航第一个航点到最后一个航点的顺序，依次为待分配初始飞行速度的各个航点分配初始飞行速度。由于第一个航点和最后一个航点的初始飞行速度已经确定为0，则待分配初始飞行速度的航点为除了第一个航点和最后一个航点以外的航点，而目标航点为当前需要分配初始飞行速度的航点，例如，从第二个航点开始分配初始飞行速度，则第二个航点为目标航点，在为第二个航点分配初始飞行速度后，第三个航点为目标航点，以此类推直到倒数第二个航点为目标航点。
S2042、采用预设速度增量对所述目标航点的初始飞行速度进行迭代。
为目标航点分配初始飞行速度的规则是在满足约束条件下，航点的初始飞行速度尽可能大，以减小整个航线的飞行时间，因此，为目标航点分配初始飞行速度是一个迭代更新初始飞行速度的过程，直到迭代更新的初始飞行速度不满足约束条件时，上一轮迭代更新的初始飞行速度作为目标航点的初始飞行速度。
具体地，目标航点的未进行迭代前的初始飞行速度可以为0，并且以预设速度增量对初始飞行速度进行迭代更新，每次迭代更新可以得到本轮迭代的一个新的初始飞行速度，该新的初始飞行速度作为下一轮迭代的基础。
S2043、每次迭代后，基于所述目标飞行速度、所述最大加速度以及所述目标航点迭代后的初始飞行速度建立第一约束条件和第二约束条件。
具体地，可以确定目标航点的前一航点，前一航点具有初始飞行速度，计算目标航点和前一航点的第一距离，采用目标飞行速度、最大加速度、前一航点的初始飞行速度、第一距离以及目标航点迭代后的初始速度建立第一约束条件和第二约束条件。
在本发明实施例中，由于是按照第一个航点之后各个航点的顺序依次为各个航点分配初始飞行速度，在为确定目标航点为目标航点分配初始飞行速度时，其前一航点的初始飞行速度是已知的，可以获取目标航点的前一航点的初始飞行速度，例如，对于第二个航点，则可以获取第一个航点的初始飞行速度，对于第三个航点可以获取第二个航点的初始飞行速度。
目标航点和目标航点的前一航点的第一距离可以为目标航点到前一航点的直线距离，具体地，初始航线上的航点具有坐标，可以通过目标航点和前一航点的坐标计算得到第一距离。
在本发明实施例中，第一约束条件可以为在前一航点到目标航点的航线段上，飞行速度的变化遵循梯形速度约束曲线的变化，即在前一航点，无人机先以正向加速度加速至目标速度，然后以目标速度匀速飞行一定时间，最后以反向加速度减速飞行至目标航点，即从前一航点到目标航点，包括加速阶段、匀速阶段和减速阶段，如果存在以上三个阶段，则视为飞行速度的变化遵循梯形速度约束曲线的变化，因此可以将加速阶段时间、总时间以及减速阶段时间均大于0设置为第一约束条件。
本发明实施例中，可以采用目标飞行速度、最大加速度、前一航点的初始飞行速度、第一距离以及本轮迭代后的初始飞行速度计算梯形速度约束曲线中的加速阶段时间、总时间以及减速阶段时间，具体地，可以通过满足牛顿运动学的以下公式计算加速阶段时间、总时间以及减速阶段时间：
Figure BDA0002181422240000141
Figure BDA0002181422240000142
Figure BDA0002181422240000143
上述公式(1)(2)(3)中，V为目标飞行速度，amax为最大加速度，Vk-1为前一航点的初始飞行速度，Vk为目标航点的每次迭代后的初始飞行速度，h为前一航点到目标航点的距离，T为总时间，Ta为加速阶段时间，Td为减速阶段时间。
通过上述公式(1)(2)(3)，可以求解出T、Ta以及Td作为第一约束条件，则第一约束条件成立时，T、Ta以及Td均大于0，在T、Ta以及Td其中一个小于0时，第一约束条件不成立。
如图2B所示，在实际应用中，当前航线段Lk的终点航点Pk同时也是相邻的下一航线段Lk+1的起点航点，前航线段Lk和下一航线段Lk+1的方向可能不同，对于航点Pk的初始飞行速度Vk，既可以作为前航线段Lk的终点飞行速度，又可以作为前航线段Lk+1的起点飞行速度，这两个速度幅值相同，方向可能不一样，则可以确定作为当前航线段Lk的终点飞行速度向量
Figure BDA0002181422240000144
以及作为下一航线段Lk+1的起点飞行速度向量
Figure BDA0002181422240000145
计算
Figure BDA0002181422240000146
和
Figure BDA0002181422240000147
的差值作为第二约束条件，如果该差值小于预设值，则第二约束条件成立，否则第二约束条件不成立。
S2044、在所述第一约束条件和所述第二约束条件中的一个不成立时，停止对所述目标航点的初始飞行速度进行迭代，得到所述目标航点前向迭代后的初始飞行速度。
如果目标航点在迭代后的初始飞行速度使得第一约束条件和第二约束条件中的一个不成立，或者经迭代后的初始飞行速度大于用户设定的目标飞行速度，则停止迭代更新目标航点的初始飞行速度，将上一轮迭代后的初始飞行速度作为目标航点的初始飞行速度，并返回S2041按照第一个航点到最后一个航点的顺序，确定下一个目标航点，以为新的目标航点分配飞行速度。
在每次迭代后得到的初始飞行速度使得第一约束条件和第二约束条件均成立时，如果迭代后的初始飞行速度小于目标飞行速度，则继续对迭代后的初始飞行速度进行迭代，并重新建立第一约束条件和第二约束条件，直到第一约束条件和第二约束条件中的一个不成立为止。
本发明实施例中，目标航点的初始飞行速度在每轮迭代后确定第一约束条件和第二约束条件是否成立，在成立时确定本轮迭代后的初始飞行速度是否大于用户设定的目标飞行速度，如果小于用户设定的目标飞行速度，为了使得总时间更小，则可以返回S2042继续对初始速度进行迭代，使得初始飞行速度可以最大化，进一步使得无人机可以以最大化的飞行速度执行植保作业，提高植保作业效率。
为了使得本领域技术人员更清楚地理解本发明实施例的前向迭代过程，以下结合示例对子步骤S2041-S2044进行说明：
设初始航线包含n个航点，第一个航点P1与最后一个航点Pn的速度均为0，1≤k≤n-1，k的初始值为1，航点Pk的初始飞行速度为Vk，test1(Pk-1,Vk-1,Pk,Vk+Δv)＝true为第一约束条件，test2(Pk,Vk+Δv)＝true为第二约束条件，前向迭代为航点分配初始飞行速度的过程如下：
S1、如果test1(Pk-1,Vk-1,Pk,Vk+Δv)＝true，则执行S2，否则执行S4；
S2、如果test2(Pk,Vk+Δv)＝true，则执行S3，否则执行S4；
S3、如果Vk+Δv＜Vmax，则返回S1，令Vk＝Vk+Δv，否则执行S4；
S4、停止对航点的初始飞行速度进行迭代，确定上一轮迭代的初始速度为航点的初始飞行速度，在k+1＜n-1时，令k＝k+1，返回S1为下一航点分配初始飞行速度，否则停止前向迭代。
即对于航点Pk，其初始飞行速度Vk＝0，在第一次迭代时Vk＝Vk+Δv，其中Δv为预设速度增量，判断迭代后的初始飞行速度Vk是否满足test1和test2并且小于Vk，如果是则将本轮迭代的初始飞行速度赋值为初始飞行速度，在赋值得到的初始飞行速度上进行第二次迭代，以此类推，直到初始飞行速度Vk不满足test1和test2中的一个或者大于Vk时，将上一轮迭代得到的初始飞行速度作为航点Pk的初始飞行速度，并且k递增，为下一个航点分配速度，直到所有的航点均分配初始飞行速度。
S205、从所述最后一个航点开始，以梯形速度约束曲线、所述目标飞行速度以及所述最大加速度为约束进行后向迭代，依次对所述最后一个航点之前的各个航点前向迭代后的初始飞行速度进行调整，得到航点的最终飞行速度。
具体地，步骤S205可以包括如下子步骤：
S2051、按照所述最后一个航点到所述第一个航点的顺序，确定目标航点。
具体地，后向迭代是基于前向迭代中已为各个航点分配的初始飞行速度为基础，从后往前依次对各个航点的初始飞行速度进行调整。例如，从倒数第二个航点开始调整初始飞行速度，则倒数第二个航点为目标航点，在为倒数第二个航点调整初始飞行速度后，倒数第三个航点为目标航点，以此类推直到第二个航点为目标航点。
S2052、确定后向迭代条件。
后向迭代条件可以是判断是否对目标航点的前向迭代后的初始飞行速度进行调整的条件，如果后向迭代条件成立，则对目标航点的初始飞行速度进行调整，否则，前向迭代后的初始飞行速度即为目标航点的最终飞行速度。
在本发明的可选实施例中，在确定后向迭代条件时，可以获取目标航点与目标航点的后一航点的第二距离，采用目标飞行速度、最大加速度、后一航点的初始飞行速度、第二距离以及目标航点的初始飞行速度计算梯形速度约束曲线中的加速阶段时间、总时间以及减速阶段时间；将加速阶段时间、总时间以及减速阶段时间均大于0作为后向迭代条件。
例如，倒数第二个航点为目标航点，则倒数第一个航点为目标航点的后一航点，即目标航点为Pk，后向迭代时目标航点Pk的后一航点为Pk+1，则可以分别获取前向迭代后目标航点Pk的初始飞行速度和后一航点Pk+1的初始飞行速度。在确定目标航点Pk和后一航点Pk+1后，可以根据目标航点Pk和后一航点Pk+1的坐标计算第二距离。
并采用目标飞行速度、最大加速度、后一航点的初始飞行速度、第二距离以及目标航点的初始飞行速度计算梯形速度约束曲线中的加速阶段时间、总时间以及减速阶段时间，将加速阶段时间、总时间以及减速阶段时间均大于0设置为后向迭代条件，具体的时间计算过程可参考第一约束条件，在此不再详述，在后向迭代条件不成立时，执行S2053-S2055，否则执行S2056。
S2053、采用预设速度增量对所述目标航点的初始飞行速度进行迭代。
具体地，计算初始飞行速度与预设速度增量的差值作为迭代后的初始飞行速度。
S2054、在迭代后的初始飞行速度大于0时，采用迭代后的初始飞行速度更新所述目标航点的初始飞行速度。
如果迭代后的初始飞行速度大于0，则将迭代后的初始飞行速度作为目标航点的初始飞行速度，返回S2052重新确定后向迭代条件后以确定是否进行迭代。
S2055、在迭代后的初始飞行速度小于0时，则将所述目标航点的初始飞行速度调整为0以作为所述目标航点的最终飞行速度。
如果目标航点的初始飞行速度小于0，说明本轮迭代后的初始飞行速度很小，直接设置目标航点的最终飞行速度为0，并返回S2051确定下一目标航点，对下一个目标航点的初始速度进行调整。
S2056、确定目标航点的初始飞行速度为最终飞行速度。
如果在目标航点的初始飞行速度和目标航点的后一航点的初始飞行速度下，后向迭代条件成立，说明目标航点和后一航点的初始飞行速度合理，确定目标航点的初始飞行速度为最终飞行速度，并返回S2051。
以下结合示例对子步骤S2051-S2056进行说明：
S1、如果test3(Pk,Vk,Pk+1,Vk+1)＝false，则执行S2，否则执行S3，其中k＝n-1；
S2、如果Vk-Δv＞0，返回S1，令Vk＝Vk-Δv，否则Vk为0并执行S3；
S3、如果k-1＞0，令k＝k-1，返回S1，否则停止后向迭代。
即对于航点Pk，在其初始飞行速度Vk不满时后向迭代条件test3时，计算Vk-Δv，如果Vk-Δv＞0，则将Vk减去Δv作为新的Vk，并再次判断test3是否成立，如此迭代直到test3成立，将test3成立时的Vk作为航点Pk的最终飞行速度，并对下一航点的初始飞行速度进行调整，直到调整完所有航点的初始飞行速度。
本发明实施例中，在前向迭代为各个航点分配初始飞行速度后，通过后向迭代对前向迭代中确定的初始飞行速度进行调整，使得各个航点的飞行速度更为合理。
S206、对所述初始航线进行平滑处理得到平滑后的航线。
具体地，可以从初始航线中采样获得航线控制点，通过航线控制点对初始航线进行平滑处理得到平滑后的航线，例如，采用航线控制点的连线作为平滑后的航线，或者航线控制点作为样条曲线的控制点，通过航线控制点控制样条曲线生成平滑后的航线，本发明实施例对初始航线的平滑处理方式不加以限制。
S207、计算所述平滑后的航线的评估参数。
可选地，可以计算平滑后的航线的平滑指标、平滑后的航线与初始航线的偏离值、平滑后的航线中航点的飞行速度和加速度，将平滑指标、所述偏离值、所述飞行速度和所述加速度确定为评估参数。
本发明实施例中可以确定平滑后的航线的目标航线函数，目标航线函数表达了平滑后的航线上的点的位置、速度和加速度分别与时间的关系，计算目标航线函数的N阶导数，得到各阶导数的导数值，将各阶导数的导数值的和值的最小值作为平滑指标。
例如，平滑后的航线表达为fμ(t)，则平滑指标为fμ(t)高阶可导，即
Figure BDA0002181422240000191
其中，T为平滑后的航线的总时间，K为求导的次数，可取K为3或4，μ为在x，y，z方向上的fμ(t)。
在每次对初始航线平滑处理后，由上述公式(4)计算得到平滑指标。
对于偏离值，具体地通过以下公式计算：
||fμ(t)-gμ(t)||≤B (5)
其中，gμ(t)表示初始航线，||fμ(t)-gμ(t)||表示平滑后的航线与初始航线的偏离值，B为预设偏离值。
对于飞行速度和加速度，
飞行速度为平滑后的航线的一阶导数，具体如下：
Figure BDA0002181422240000192
加速度为平滑后的航线的二阶导数，具体如下：
Figure BDA0002181422240000193
S208、确定第三约束条件。
在本发明实施例中，以所述平滑指标为最小值、所述偏离值小于预设偏离值、所述飞行速度小于所述目标飞行速度、所述加速度小于最大加速度为第三约束条件。
具体地，以公式(4)(5)(6)(7)均成立时为第三约束条件。
S209、判断所述评估参数是否满足所述第三约束条件，若是执行S210，若否返回S206。
即在每次对初始航线进行平滑处理后，均判断平滑后的航线的评估参数是否满足第三约束条件，即平滑后的航线是否能够使得公式(4)(5)(6)(7)均成立，如果是则确定平滑后的航线为目标航线。否则返回S206继续对初始航线进行优化平滑。
S210、确定所述平滑后的航线为目标航线。
如果在本次平滑处理后的航线能够使得上述公式(4)(5)(6)(7)均成立，则将本次平滑处理后的航线作为目标航线。
本发明实施例在获取用户设定的航点和飞行参数后，先将航点连线生成初始航线，然后以飞行参数中的目标速度、最大加速度以及预设速度约束曲线为初始航线上的航点分配速度，然后根据目标速度、最大加速度和预设航线偏离值为约束，将分配航点飞行速度后的初始航线作为非线性优化的初始值，降低了优化难度，避免了优化结果落入局部最优，能够取得光滑性和拟合程度良好的目标航线，保证了按照目标航线执行植保作业的效率和效果。
实施例三
图3为本发明实施例三提供的一种航线生成装置的结构示意图，如图3所示，本发明实施例的航线生成装置具体可以包括：
航点和飞行参数获取模块301，用于获取用户设定的航点和无人机的飞行参数，所述飞行参数包括所述无人机的目标速度和最大加速度；
初始航线生成模块302，用于采用直线依次连接航点得到初始航线；
航点飞行速度确定模块303，用于以预设速度约束曲线、所述目标速度以及所述最大加速度为约束，确定所述初始航线中的航点的飞行速度；
初始航线优化模块304，用于以所述目标速度、所述最大加速度以及预设航线偏离值为约束，采用预设平滑策略对确定飞行速度后的初始航线进行非线性优化得到目标航线。
可选地，所述航点飞行速度确定模块303包括：
起点和终点飞行速度设置子模块，用于设置第一个航点和最后一个航点的飞行速度为0；
前向迭代子模块，用于从所述第一个航点开始，以梯形速度约束曲线、所述目标飞行速度以及所述最大加速度为约束进行前向迭代，依次确定所述第一个航点后各个航点前向迭代后的初始飞行速度；
后向迭代子模块，用于从所述最后一个航点开始，以梯形速度约束曲线、所述目标飞行速度以及所述最大加速度为约束进行后向迭代，依次对所述最后一个航点之前的各个航点前向迭代后的初始飞行速度进行调整，得到航点的最终飞行速度。
可选地，所述前向迭代子模块包括：
第一目标航点确定单元，用于按照所述第一个航点到所述最后一个航点的顺序，确定目标航点，所述目标航点具有初始速度；
前向迭代单元，用于采用预设速度增量对所述目标航点的初始飞行速度进行迭代；
前向迭代约束条件建立单元，用于每次迭代后，基于所述目标飞行速度、所述最大加速度以及所述目标航点迭代后的初始飞行速度建立第一约束条件和第二约束条件；
停止前向迭代单元，用于在所述第一约束条件和所述第二约束条件中的一个不成立时，停止对所述目标航点的初始飞行速度进行迭代，得到所述目标航点前向迭代后的初始飞行速度，并返回第一目标航点确定单元。
可选地，所述前向迭代约束条件建立单元包括：
第一航点确定子单元，用于确定所述目标航点的前一航点，所述前一航点具有初始飞行速度；
第一距离计算子单元，用于计算所述目标航点和所述前一航点的第一距离；
前向迭代约束条件建立子单元，用于采用所述目标飞行速度、所述最大加速度、所述前一航点的初始飞行速度、所述第一距离以及所述目标航点迭代后的初始速度建立第一约束条件和第二约束条件。
可选地，所述前向迭代约束条件建立子单元包括：
时间计算组件，用于采用所述目标飞行速度、所述最大加速度、所述前一航点的初始飞行速度、所述第一距离以及所述目标航点迭代后的初始速度计算所述梯形速度约束曲线中的加速阶段时间、总时间以及减速阶段时间；
第一约束条件设置组件，用于将所述加速阶段时间、所述总时间以及所述减速阶段时间均大于0设置为第一约束条件；
速度向量确定组件，用于采用所述目标航点迭代后的初始速度确定当前航线段的终点飞行速度向量以及确定当前航线段的下一航线段的起点飞行速度向量，其中，当前航线段为所述目标航点和所述前一航点之间的航线段，下一航线段为所述目标航点与所述目标航点的下一航点之间的航线段；
第二约束条件设置组件，用于将所述下一航线段的起点飞行速度向量和所述当前航线段的终点飞行速度向量的差值小于预设值确定为第二约束条件。
可选地，所述后向迭代子模块包括：
第二目标航点确定单元，用于按照所述最后一个航点到所述第一个航点的顺序，确定目标航点；
后向迭代条件确定单元，用于确定后向迭代条件；
后向迭代单元，用于在所述后向迭代条件成立时，采用预设速度增量对所述目标航点的初始飞行速度进行迭代；
初始飞行速度更新单元，用于在迭代后的初始飞行速度大于0时，采用迭代后的初始飞行速度更新所述目标航点的初始飞行速度，返回后向迭代条件确定单元；
停止后向迭代单元，用于在迭代后的初始飞行速度小于0时，则将所述目标航点的初始飞行速度调整为0以作为所述目标航点的最终飞行速度，并返回按照所述最后一个航点到所述第一个航点的顺序，确定目标航点的步骤。
可选地，所述后向迭代子模块还包括：
最终飞行速度确定单元，用于若所述后向迭代条件不成立，则确定所述目标航点的初始飞行速度为最终飞行速度，并返回第二目标航点确定单元。
可选地，所述后向迭代条件确定单元包括：
第二距离获取子单元，用于获取所述目标航点和所述后一航点的第二距离；
第二时间计算子单元，用于采用所述目标飞行速度、所述最大加速度、所述后一航点的初始飞行速度、所述第二距离以及所述目标航点的初始飞行速度计算所述梯形速度约束曲线中的加速阶段时间、总时间以及减速阶段时间；
后向迭代条件确定子单元，用于将所述加速阶段时间、所述总时间以及所述减速阶段时间中的至少一个小于0作为后向迭代条件。
可选地，所述初始航线优化模块304包括：
平滑处理子模块，用于对所述初始航线进行平滑处理得到平滑后的航线；
评估参数计算子模块，用于计算所述平滑后的航线的评估参数；
约束条件确定子模块，用于确定第三约束条件；
条件判断子模块，用于判断所述评估参数是否满足所述第三约束条件；
第一确定子模块，用于确定所述平滑后的航线为目标航线；
第二确定子模块，用于确定所述平滑后的航线不是目标航线，返回平滑处理子模块。
可选地，所述评估参数计算子模块包括：
平滑指标计算单元，用于计算平滑后的航线的平滑指标；
偏离值计算单元，用于计算所述平滑后的航线与所述初始航线的偏离值；
速度和加速度计算单元，用于计算所述平滑后的航线中航点的飞行速度和加速度；
评估参数确定单元，用于将所述平滑指标、所述偏离值、所述飞行速度和所述加速度确定为评估参数。
可选地，所述约束条件确定子模块包括
约束条件确定单元，用于以所述平滑指标为最小值、所述偏离值小于预设偏离值、所述飞行速度小于所述目标飞行速度、所述加速度小于最大加速度为第三约束条件。
可选地，所述平滑处理子模块包括：
控制点采样单元，用于从所述初始航线中采样获得航线控制点；
平滑处理单元，用于通过所述航线控制点对所述初始航线进行平滑处理得到平滑后的航线。
可选地，所述平滑指标计算单元包括：
目标航线函数确定子单元，用于确定所述平滑后的航线的目标航线函数，所述目标航线函数表达了平滑后的航线上的点的位置、速度和加速度分别与时间的关系；
求导子单元，用于计算所述目标航线函数的N阶导数，得到各阶导数的导数值；
平滑指标确定子单元，用于将各阶导数的导数值的和值的最小值作为平滑指标。
上述航线生成装置可执行本发明任意实施例所提供的航线生成方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
本发明实施例还提供一种设备，所述设备包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现本发明任一实施例所述的航线生成方法。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质中的指令由设备的处理器执行时，使得无人机能够执行如上述方法实施例所述的航线生成方法。
需要说明的是，对于装置、设备和存储介质实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是机器人，个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明任意实施例所述的航线生成方法。
值得注意的是，上述航线生成装置中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行装置执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (15)

1.一种航线生成方法，其特征在于，包括：
获取用户设定的航点和无人机的飞行参数，所述飞行参数包括所述无人机的目标速度和最大加速度；
采用直线依次连接航点得到初始航线；
以预设速度约束曲线、所述目标速度以及所述最大加速度为约束，确定所述初始航线中的航点的飞行速度；
以所述目标速度、所述最大加速度以及预设航线偏离值为约束，采用预设平滑策略对确定飞行速度后的初始航线进行非线性优化得到目标航线；
所述以预设速度约束曲线、所述目标速度以及所述最大加速度为约束，确定所述初始航线中的航点的飞行速度，包括：
设置第一个航点和最后一个航点的飞行速度为0；
从所述第一个航点开始，以梯形速度约束曲线、目标飞行速度以及所述最大加速度为约束进行前向迭代，依次确定所述第一个航点后各个航点的前向迭代后的初始飞行速度；
从所述最后一个航点开始，以梯形速度约束曲线、所述目标飞行速度以及所述最大加速度为约束进行后向迭代，依次对所述最后一个航点之前的各个航点的前向迭代后的初始飞行速度进行调整，得到航点的最终飞行速度。
2.如权利要求1所述的航线生成方法，其特征在于，所述从所述第一个航点开始，以梯形速度约束曲线、所述目标飞行速度以及所述最大加速度为约束进行前向迭代，依次确定所述第一个航点后各个航点的初始飞行速度，包括：
按照所述第一个航点到所述最后一个航点的顺序，确定目标航点，所述目标航点具有初始速度；
采用预设速度增量对所述目标航点的初始飞行速度进行迭代；
每次迭代后，基于所述目标飞行速度、所述最大加速度以及所述目标航点迭代后的初始飞行速度建立第一约束条件和第二约束条件；
在所述第一约束条件和所述第二约束条件中的一个不成立时，停止对所述目标航点的初始飞行速度进行迭代，得到所述目标航点前向迭代后的初始飞行速度，并返回按照所述第一个航点到所述最后一个航点的顺序，确定目标航点的步骤。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述每次迭代后，基于所述目标飞行速度、所述最大加速度以及所述目标航点迭代后的初始飞行速度建立第一约束条件和第二约束条件，包括：
确定所述目标航点的前一航点，所述前一航点具有初始飞行速度；
计算所述目标航点和所述前一航点的第一距离；
采用所述目标飞行速度、所述最大加速度、所述前一航点的初始飞行速度、所述第一距离以及所述目标航点迭代后的初始速度建立第一约束条件和第二约束条件。
4.如权利要求3所述的航线生成方法，其特征在于，所述采用所述目标飞行速度、所述最大加速度、所述前一航点的初始飞行速度、所述第一距离以及所述目标航点迭代后的初始速度建立第一约束条件和第二约束条件，包括：
采用所述目标飞行速度、所述最大加速度、所述前一航点的初始飞行速度、所述第一距离以及所述目标航点迭代后的初始速度计算所述梯形速度约束曲线中的加速阶段时间、总时间以及减速阶段时间；
将所述加速阶段时间、所述总时间以及所述减速阶段时间均大于0设置为第一约束条件；
采用所述目标航点迭代后的初始速度确定当前航线段的终点飞行速度向量以及确定当前航线段的下一航线段的起点飞行速度向量，其中，当前航线段为所述目标航点和所述前一航点之间的航线段，下一航线段为所述目标航点与所述目标航点的下一航点之间的航线段；
将所述下一航线段的起点飞行速度向量和所述当前航线段的终点飞行速度向量的差值小于预设值确定为第二约束条件。
5.如权利要求1-4任一项所述的航线生成方法，其特征在于，所述从所述最后一个航点开始，以梯形速度约束曲线、所述目标飞行速度以及所述最大加速度为约束进行后向迭代，依次对所述最后一个航点之前的各个航点前向迭代后的初始飞行速度进行调整，得到航点的最终飞行速度，包括：
按照所述最后一个航点到所述第一个航点的顺序，确定目标航点；
确定后向迭代条件；
在所述后向迭代条件不成立时，采用预设速度增量对所述目标航点的初始飞行速度进行迭代；
在迭代后的初始飞行速度大于0时，采用迭代后的初始飞行速度更新所述目标航点的初始飞行速度，返回确定后向迭代条件的步骤；
在迭代后的初始飞行速度小于0时，则将所述目标航点的初始飞行速度调整为0以作为所述目标航点的最终飞行速度，并返回按照所述最后一个航点到所述第一个航点的顺序，确定目标航点的步骤。
6.如权利要求5所述的航线生成方法，其特征在于，
若所述后向迭代条件成立，则确定所述目标航点的初始飞行速度为最终飞行速度，并返回按照所述最后一个航点到所述第一个航点的顺序，确定目标航点的步骤。
7.如权利要求5所述的航线生成方法，其特征在于，所述确定后向迭代条件，包括：
获取所述目标航点和后一航点的第二距离；
采用所述目标飞行速度、所述最大加速度、所述后一航点的初始飞行速度、所述第二距离以及所述目标航点的初始飞行速度计算所述梯形速度约束曲线中的加速阶段时间、总时间以及减速阶段时间；
将所述加速阶段时间、所述总时间以及所述减速阶段时间均大于0作为后向迭代条件。
8.如权利要求1-4任一项所述的航线生成方法，其特征在于，所述以所述目标速度、所述最大加速度以及预设航线偏离值为约束，采用预设平滑策略对确定飞行速度后的初始航线进行非线性优化得到目标航线，包括：
对所述初始航线进行平滑处理得到平滑后的航线；
计算所述平滑后的航线的评估参数；
确定第三约束条件；
判断所述评估参数是否满足所述第三约束条件；
若是，则确定所述平滑后的航线为目标航线；
若否，则确定所述平滑后的航线不是目标航线，返回对所述初始航线进行平滑处理，得到平滑后的航线的步骤。
9.如权利要求8所述的航线生成方法，其特征在于，所述计算所述平滑后的航线的评估参数，包括：
计算平滑后的航线的平滑指标；
计算所述平滑后的航线与所述初始航线的偏离值；
计算所述平滑后的航线中航点的飞行速度和加速度；
将所述平滑指标、所述偏离值、所述飞行速度和所述加速度确定为评估参数。
10.如权利要求9所述的航线生成方法，其特征在于，所述确定第三约束条件，包括：
以所述平滑指标为最小值、所述偏离值小于预设偏离值、所述飞行速度小于目标飞行速度、所述加速度小于最大加速度为第三约束条件。
11.如权利要求8所述的航线生成方法，其特征在于，所述对所述初始航线进行平滑处理得到平滑后的航线，包括：
从所述初始航线中采样获得航线控制点；
通过所述航线控制点对所述初始航线进行平滑处理得到平滑后的航线。
12.如权利要求8所述的航线生成方法，其特征在于，所述计算平滑后的航线的平滑指标，包括：
确定所述平滑后的航线的目标航线函数，所述目标航线函数表达了平滑后的航线上的点的位置、速度和加速度分别与时间的关系；
计算所述目标航线函数的N阶导数，得到各阶导数的导数值；
将各阶导数的导数值的和值的最小值作为平滑指标。
13.一种航线生成装置，其特征在于，包括：
航点和飞行参数获取模块，用于获取用户设定的航点和无人机的飞行参数，所述飞行参数包括所述无人机的目标速度和最大加速度；
初始航线生成模块，用于采用直线依次连接航点得到初始航线；
航点飞行速度确定模块，用于以预设速度约束曲线、所述目标速度以及所述最大加速度为约束，确定所述初始航线中的航点的飞行速度；
初始航线优化模块，用于以所述目标速度、所述最大加速度以及预设航线偏离值为约束，采用预设平滑策略对确定飞行速度后的初始航线进行非线性优化得到目标航线；
所述航点飞行速度确定模块包括：
起点和终点飞行速度设置子模块，用于设置第一个航点和最后一个航点的飞行速度为0；
前向迭代子模块，用于从所述第一个航点开始，以梯形速度约束曲线、目标飞行速度以及所述最大加速度为约束进行前向迭代，依次确定所述第一个航点后各个航点前向迭代后的初始飞行速度；
后向迭代子模块，用于从所述最后一个航点开始，以梯形速度约束曲线、所述目标飞行速度以及所述最大加速度为约束进行后向迭代，依次对所述最后一个航点之前的各个航点前向迭代后的初始飞行速度进行调整，得到航点的最终飞行速度。
14.一种无人机设备，其特征在于，所述无人机设备包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-12中任一所述的航线生成方法。
15.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-12中任一所述的航线生成方法。
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